低端电流检测电路就真的"低端"吗？

面包板社区 2021-10-08 19:59

【应用手册】TI 全新MCU及C29内核的电动汽车应用方案 【免注册下载】创新MCU提升高压系统的实时性能

电流检测技术常用于高压短路保护、电机控制、DC/DC换流器、系统功耗管理、二次电池的电流管理、蓄电池管理等电流检测等场景。对于大部分应用，都是通过间接测量电阻两端的压降来获取待测电路电流大小的，如下图所示。在要求不高的情况下，电流检测电路可以通过运放放大转换成电压，反推算负载的电流大小。

电流检测技术分类：

测量电流时，电流检测技术分为高端检测和低端检测。将测量电阻放在电源与负载之间的这种测量方法称为高端检测。将测量电阻放在负载和接地端之间的这种测量方法称为低端电流检测。这两种用于感测负载中电流的方法如下图所示。

两种测量方法各有利弊。本文重点讲解低端电流检测技术。

低侧电流测量的优点：

共模电压，即测量输入端的平均电压接近于零。这样更便于设计应用电路，也便于选择适合这种测量的器件；

低侧电流感测的缺点：

采用电源接地端和负载/系统接地端时，感测电阻两端的压降会有所不同。如果其他电路以电源接地端为基准，可能会出现问题。为最大限度地避免此问题，存在交互的所有电路均应以同一接地端为基准。降低电流感测电阻值有助于尽量减小接地漂移。

设计电路或选择用于电流测量的器件时，低侧电流感测是最简单的方法。由于输入端的共模电压低，因此可使用差分放大器拓扑。下图给出了采用运算放大器（运放）的经典差分放大器拓扑，输入输出关系可由理想运放的基本性质（虚短虚断）来推导。

应用场景：

由于电流感测电路测得的电压接近于地，因此在处理非常高的电压时、或者在电源电压可能易于出现尖峰或浪涌的应用中，优先选择这种方法测量电流。由于低侧电流感测能够抗高压尖峰干扰，并能监测高压系统中的电流，因此广泛应用于很多汽车、工业和电信应用中。

设计过程注意哪些问题：

1）可以直接选用集成了增益设置电阻的电流检测放大器，从而可减少分立实现方案存在的诸多布局问题；

2）若采用分立器件搭建时，注意需要将R1 和R2 放在尽可能靠近运算放大器和电流感测电阻的位置。将这些元件放在靠近运放的位置后，运算放大器同相输入端出现噪声拾取的可能性会降低，同时对电流通过电阻器时的压降进行检测，需要从电阻器的两端引出用于检测电压的图案。

电压检测连接如下图右所示，建议从电阻器电极焊盘的内侧中心引出。这是因为电路基板的铜箔图案也具备微小的电阻值，需要避免铜箔图案的电阻值所造成的压降的影响。

如果按照下图左所示，从电极焊盘的侧面引出电压检测图案，检测对象将是低电阻器电阻值加上铜箔图案电阻值的压降，无法正确地检测电流；